ISA 扩展:sltiu、bge/bgeu、mulh/mulhsu/mulhu(并回归 xor/sll/srl/sra/bltu/mul)

cpu21_riscv_alu.v
- 新增 ALU_MULH(4'd13)、ALU_MULHSU(4'd14):用 64 位有符号乘积
  mult_ss = $signed(a)*$signed(b)、mult_su = $signed(a)*$signed({32'b0,b})
  取高 32 位;mulhu 复用 ALU_MUL 的 result2(无符号乘积高 32 位),
  与课程约定的 remu 共用 wb_sel=3 通道,因此 ALU 操作码仍为 4 位。

cpu21_riscv_decoder.v
- OP_I 新增 funct3=011 -> sltiu(立即数符号扩展后无符号比较);
- OP_R 的 funct7=0000001 分支改为完整 M 扩展译码:
  000=mul、001=mulh、010=mulhsu、011=mulhu,并保留 111=remu(wb_sel=3);
- OP_BRANCH 新增 funct3=101(bge)、111(bgeu),新增 bge_o/bgeu_o 输出,
  ALU_OP 仍按比较类型给出 SLT/SLTU/SUB。

cpu21_riscv_branch_unit.v
- 新增 bge_i、bgeu_i;把四种比较预计算成短 wire(有符号 <、>= 与无符号 <、>=)
  再组合出 branch_taken,顺带修掉之前被自动换行拆散的 $signed 表达式。

cpu21_riscv_redirect_int_bpb.v
- 新增 d_bge/d_bgeu 连线与 idex_bge_q/idex_bgeu_q 流水寄存器(含复位与捕获);
- IF 级 f_is_branch 纳入 funct3=101/111,使 bge/bgeu 也参与 BPB 预测。

说明文档
- 功能列表与编码表补充 sltiu、bge/bgeu 与 M 扩展乘法。

验证(xsim + tb_no_intr;测试程序由临时小汇编器生成,共 24 项 LED 输出逐项比对)
- sltiu:1 <u 0xffffffff = 00000001;0xffffffff <u 1 = 00000000
- xor:0xff ^ 0xffffffff = ffffff00
- sll:1 << 31 = 80000000;srl:0xffffffff >> 28 = 0000000f;sra:同左 = ffffffff
- mul:1234*567 = 000aad1e;mulh:(-1)*(-1) 高 = 00000000
  mulhu:0xffffffff^2 高 = fffffffe;mulhsu:(-1)*2 高 = ffffffff
- bltu:0 <u 0xffffffff 成立(取跳转分支);bge:(-1) >= 0 不成立(走 fall-through);
  bgeu:0xffffffff >=u 0 成立
- bge / bgeu / bltu 三个循环计数正确(fffffffd..00000000 / 3..1 / 4..1),最后 halt 停机
  (143 周期,halted=1)
- 回归:中断测试程序 6003 周期统计与改动前逐项一致
  (stalls=11 bubbles=297 cond_taken=648 pred_ok=663 pred_fail=102,
  IRQ1@cyc85、IRQ2@cyc266、IRQ3@cyc447);
  benchmark 的 BLT 段落仍连续输出 fffffff1..ffffffff,
  60000 周期统计与改动前完全一致(stalls=3195 bubbles=6955 cond_taken=8857
  pred_ok=9455 pred_fail=1050)。
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+20 -13
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@@ -4,7 +4,8 @@
// -----------------------------------------------------------------------------
// ALU:纯组合运算单元。
//
// result 为主结果;result2 为第二结果,用于 MUL 的高 32 位与 DIVU 的余数。
// result 为主结果;result2 为第二结果(乘法的无符号高 32 位 / DIVU 的余数),
// 由译码器用 wb_sel=3 选取,用于无符号高位乘法 mulhu 与课程约定的 remu。
// 除法做了除零保护:b==0 时商为 32'hffff_ffff、余数为被除数。
// -----------------------------------------------------------------------------
module cpu21_riscv_alu (
@@ -27,16 +28,22 @@ module cpu21_riscv_alu (
localparam ALU_NOR = 4'd10;
localparam ALU_SLT = 4'd11;
localparam ALU_SLTU = 4'd12;
localparam ALU_MULH = 4'd13;
localparam ALU_MULHSU = 4'd14;
localparam ALU_PASSB = 4'd15; // 直接输出 B 端(供 LUI 使用)
reg [63:0] mult_result;
reg [63:0] mult_result; // 无符号 32x32 乘积
reg signed [63:0] mult_ss; // 有符号 x 有符号
reg signed [63:0] mult_su; // 有符号 x 无符号
always @* begin
mult_result = a * b;
mult_ss = $signed(a) * $signed(b);
mult_su = $signed(a) * $signed({32'b0, b});
result2 = 32'b0;
case (op)
ALU_SLL: result = a << b[4:0];
ALU_SRA: result = $signed(a) >>> b[4:0];
ALU_SRL: result = a >> b[4:0];
ALU_SLL: result = a << b[4:0];
ALU_SRA: result = $signed(a) >>> b[4:0];
ALU_SRL: result = a >> b[4:0];
ALU_MUL: begin
result = mult_result[31:0];
result2 = mult_result[63:32];
@@ -45,16 +52,16 @@ module cpu21_riscv_alu (
result = (b == 32'b0) ? 32'hffff_ffff : a / b;
result2 = (b == 32'b0) ? a : a % b;
end
ALU_ADD: result = a + b;
ALU_SUB: result = a - b;
ALU_AND: result = a & b;
ALU_OR: result = a | b;
ALU_XOR: result = a ^ b;
ALU_NOR: result = ~(a | b);
ALU_SLT: result = ($signed(a) < $signed(b)) ? 32'd1 : 32'd0;
ALU_ADD: result = a + b;
ALU_SUB: result = a - b;
ALU_AND: result = a & b;
ALU_OR: result = a | b;
ALU_XOR: result = a ^ b;
ALU_NOR: result = ~(a | b); ALU_MULH: result = mult_ss[63:32];
ALU_MULHSU: result = mult_su[63:32]; ALU_SLT: result = ($signed(a) < $signed(b)) ? 32'd1 : 32'd0;
ALU_SLTU: result = (a < b) ? 32'd1 : 32'd0;
ALU_PASSB: result = b;
default: result = 32'b0;
default: result = 32'b0;
endcase
end
endmodule